(2014•东城区二模)传送带被广泛应用于各行各业.由于不同的物体与传送带之间的动摩擦因数不同,物体在传送带上的运动情况

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  • 解题思路:(1)金属块A在传送带方向上受摩擦力和重力的下滑分力,先做匀加速运动,并设其速度能达到传送带的速度v=2m/s,然后做匀速运动,抓住总位移的大小,结合运动学公式求出加速度的大小,根据牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小.

    (2)a、根据牛顿第二定律求出木块下滑的加速度,从而结合速度位移公式求出与挡板碰撞的速度,反弹后,速度大于传送带速度,摩擦力向下,速度与传送带速度相等后,摩擦力向上,根据牛第二定律分别求出上滑过程中的加速度,结合运动学公式求出木块B所达到的最高位置与挡板P的距离.

    b、经过多次碰撞后木块B以2m/s的速度被反弹,最终在距N点1m的范围内不断以加速度a2做向上的减速运动和向下的加速运动.木块B对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力,结合P=μmgvcosθ求出电动机的输出功率.

    (1)金属块A在传送带方向上受摩擦力和重力的下滑分力,先做匀加速运动,并设其速度能达到传送带的速度v=2m/s,然后做匀速运动,达到M点.

    金属块由O运动到M有L=

    1

    2at12+vt2

    1

    2a

    t21+2t2=3 ①

    且t1+t2=t

    即t1+t2=2②

    v=at1即2=at1

    根据牛顿第二定律有μ1mgcos370−mgsin370=ma ④

    由①②③式解得t1=1s<t=2s符合题设要求,加速度a=2m/s2

    由①式解得金属块与传送带间的动摩擦因数μ1=1

    (2)a.由静止释放后,木块B沿传送带向下做匀加速运动,其加速度为a1,运动距离LON=4m,第一次与P碰撞前的速度为v1

    a1=gsinθ-μgcosθ=2m/s2

    v1=

    2a1LON=4m/s

    与挡板P第一次碰撞后,木块B以速度v1被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s1;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s2

    a2=gsinθ+μgcosθ=10m/s2,

    s1=

    v21−v2

    2a2=0.6m

    s2=

    v2

    2a1=1m

    因此与挡板P第一次碰撞后,木块B所达到的最高位置与挡板P的距离s=s1+s2=1.6m

    b.木块B上升到最高点后,沿传送带以加速度a1向下做匀加速运动,与挡板P发生第二次碰撞,碰撞前的速度为v2

    v2=

    2a1(s1+s2)=

    6.4m/s

    与挡板第二次碰撞后,木块B以速度v2被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s3;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s4.s3=

    v22−v2

    2a2=0.12m

    s4=

    v2

    2a1=1m

    木块B上升到最高点后,沿传送带以加速度a1向下做匀加速运动,与挡板P发生第三次碰撞,碰撞前的速度为v3

    v3=

    2a1(s3+s4)=

    4.48m/s

    与挡板第三次碰撞后,木块B以速度v3被反弹,先沿传送带向上以加速度a2做匀减速运动直到速度为v,此过程运动距离为s5;之后以加速度a1继续做匀减速运动直到速度为0,此时上升到最高点,此过程运动距离为s6

    s5=

    v23−v2

    2a2=0.024m

    s6=

    v2

    2a1=1m

    以此类推,经过多次碰撞后木块B以2m/s的速度被反弹,在距N点1m的范围内不断以加速度a2做向上的减速运动和向下的加速运动.

    木块B对传送带有一与传送带运动方向相反的阻力

    Ff=μmgcosθ

    故电动机的输出功率P=μmgvcosθ

    解得P=8W.

    答:(1)金属块与传送带间的动摩擦因数为1;

    (2)与挡板P第一次碰撞后,木块B所达到的最高位置与挡板P的距离为1.6m;

    电动机的输出功率为8W.

    点评:

    本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的位移与时间的关系.

    考点点评: 本题是一个多过程问题,比较复杂,关键理清物块在传送带上整个过程中的运动规律,搞清摩擦力的方向,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.

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